JP6727908B2 - 電源装置および車両 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電源装置および車両に関する。

鉛蓄電池は、比較的安価であって充放電の管理が容易であることから様々な機器の電源として採用されている。例えば、車両に搭載されている電装部品や車両ＥＣＵ（Electric Control Unit）などは、１２Ｖの鉛蓄電池を電源として動作するように構成されている。しかしながら、鉛蓄電池は劣化による定期的な交換が必要であった。また、鉛蓄電池は容量に対する重量が大きく、充電に時間を要するために携帯機器の電源や電動車両の駆動電源などに用いることは困難であった。

近年、車両が廃棄された時の廃棄物の量を減らすこと、および、有害物質の使用を制限することが望まれている。２０００年９月に制定された２０００／５３／ＥＣ（ＥＬＶ指令）では、鉛は使用禁止材料に指定されている。

一方で、リチウムイオン蓄電池は、入出力性能に優れ、容量に対する重量が小さいため、携帯機器の電源や電動車両の駆動電源などに用いられている。しかしながら、リチウムイオン蓄電池は、過充電によって内部温度が上昇し、セルが破裂発火に至る可能性があるため、各セルの電圧および電流をモニタし過充電状態に至らないように制御することが一般的である。リチウムイオン蓄電池の各セルの電圧を常時モニタし所定の電圧、電流、充電状態（ＳＯＣ: state of charge）を超えた場合には、充電電圧、充電電流を抑制する制御が実施され、所定の電圧、電流、ＳＯＣを超えた場合には、主回路と電池との間に配置された開閉手段を開く制御が実施されている。

特許第５４９３６１６号公報 特開２０１４−２００１２３号公報

例えば、車両の電装部品や車両ＥＣＵの電源としてリチウムイオン蓄電池を採用すると、過充電状態や過放電状態となったときにリチウムイオン蓄電池と主回路とが遮断され、車両ＥＣＵへの電力供給も遮断されてしまうことになる。

本発明の実施形態は、上記事情を鑑みて成されたものであって、環境への影響を低減し、安全な電源装置および車両を提供することを目的とする。

実施形態による電源装置は、第１蓄電池と、前記第１蓄電池の正極と電気的に接続可能な第１正極端子と、前記第１蓄電池の正極と前記第１正極端子との電気的接続を切り換える第１スイッチと、前記第１蓄電池の正極と電気的に接続した第２正極端子と、前記第１蓄電池の負極と電気的に接続した負極端子と、前記第１スイッチの開閉を制御する電池管理装置と、第２蓄電池と、前記第２蓄電池の正極と前記第１正極端子および前記第２正極端子との電気的接続を切り換える第２スイッチと、を備え、前記第１蓄電池は複数の第１電池セルを含み、前記第２蓄電池は複数の第２電池セルを含み、前記電池管理装置は、複数の前記第１電池セルの電圧を検出して出力する第１電池監視回路と、複数の前記第２電池セルの電圧を検出して出力する第２電池監視回路と、前記第１スイッチを開閉する第１スイッチ制御回路と、前記第２スイッチを開閉する第２スイッチ制御回路と、前記第１電池セルの電圧および前記第２電池セルの電圧を受信し、前記第１電池監視回路、前記第２電池監視回路、前記第１スイッチ制御回路、および、前記第２スイッチ制御回路を制御する制御回路と、を備え、前記第１蓄電池のエネルギー密度は前記第２蓄電池のエネルギー密度以上であって、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチはノーマリオープンであって、前記制御回路は、複数の前記第１電池セルのいずれかの電圧が第２過充電閾値を超えたときに、前記第１スイッチ制御回路を前記第２蓄電池からの電源供給により起動する。

図１は、第１実施形態の電源装置および車両の構成の一例を説明するための図である。 図２は、第２実施形態の電源装置および車両の構成の一例を説明するための図である。 図３は、第３実施形態の電源装置および車両の構成の一例を説明するための図である。 図４は、第４実施形態の電源装置および車両の構成の一例を説明するための図である。 図５は、第５実施形態の電源装置および車両の構成の一例を説明するための図である。

以下、複数の実施形態の電源装置および車両について、図面を参照して説明する。
図１は、第１実施形態の電源装置および車両の構成の一例を説明するための図である。

本実施形態の電源装置１は、車両に搭載されている。車両は、電源装置１と、発電機２と、原動機３と、スターターモータ４と、切替器５と、補機６と、を備えている。

原動機３は、車両を駆動する機械エネルギーを生成する内燃機関である。
発電機２は、原動機３からの機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機であって、例えば交流電力を発電し、直流に変換する。
スターターモータ４は、原動機３が起動する際の動力を供給する。スターターモータ４は、切替器５を介して主回路と接続されている。

切替器５は、接続と遮断とを電気的に切替え可能であって、原動機３を起動する際に接続される。切替器５は、イグニッションがオフのときや、通常の走行時、車両のアイドリングストップ中は遮断される。

補機６は、車両に搭載された電装部品である。補機６は、電源装置１から供給される電力を電源とする。すなわち、本実施形態の車両において、スターターモータ４と補機６は電源装置１の負荷である。

電源装置１は、第１蓄電池ＢＴ１と、第１スイッチＳＷ１と、電流検出器ＣＳ１と、電池管理装置１０と、第１正極端子ＰＴ１と、第２正極端子ＰＴ２と、負極端子ＭＴと、を備えている。

第１正極端子ＰＴ１は、発電機２とスターターモータ４との間に延びた主回路（１２Ｖ系統）と電気的に接続している。第２正極端子ＰＴ２は、補機６との間に延びた主回路（１２Ｖ系統）と電気的に接続している。電源装置１の負極端子ＭＴは接地されている。すなわち、第１正極端子ＰＴ１には電源装置１への充電電流が入力され、第１正極端子ＰＴ１から電源装置１の放電電流が出力される。第２正極端子ＰＴ２は電源装置１から電源装置１の放電電流が出力するが、第２正極端子ＰＴ２には電源装置１への充電電流は入力されない。すなわち、第２正極端子ＰＴ２は放電専用の端子である。第２正極端子ＰＴ２に接続した主回路、および、第２正極端子ＰＴ２は例えば、電源の端子カバー、あるいは、車両の筐体や、保護具により覆われ、外部からユーザが容易に充電器を接続することが不可能となっている。

第１蓄電池ＢＴ１は、複数のリチウムイオン電池セル（図示せず）を含む組電池である。第１蓄電池ＢＴ１の正極は、電池管理装置１０に制御されて電源装置１の第１正極端子ＰＴ１に接続している。また、第１蓄電池ＢＴ１の正極は、第２正極端子ＰＴ２に電気的に直接接続している。
第１蓄電池ＢＴ１の負極端子は電源装置１の負極端子ＭＴと電気的に接続している。電流検出器ＣＳ１は、第１蓄電池ＢＴ１の充電電流および放電電流を検出し、検出結果を電池管理装置１０へ供給する。

第１スイッチＳＷ１は、第１蓄電池ＢＴ１の正極と電源装置１の第１正極端子ＰＴ１とを接続する経路に介在し、第１蓄電池ＢＴ１と第１正極端子ＰＴ１とを電気的に接続又は遮断する切替手段である。第１スイッチＳＷ１は、例えばノーマリオープンの切替手段であって、電磁式のリレーで構成してもよく、ＦＥＴ等の半導体スイッチで構成してもよい。なお、第１スイッチＳＷ１を自己保持型のリレーとすることで、第１スイッチＳＷ１における消費電力を低減することができる。第１スイッチＳＷ１の接続状態は、第１スイッチ制御回路１４により切替えられる。

車両が駐車中は、第１蓄電池ＢＴ１は第２正極端子ＰＴ２経由で補機６に電源供給する。車両の原動機３の始動時は、上位制御装置である車両ＥＣＵはイグニッションがオンとなったことを電池管理装置１０の制御回路１１へ通知し、後述する制御回路１１が第１スイッチ制御回路１４を制御することにより第１蓄電池ＢＴ１が第１正極端子ＰＴ１に接続され、第１蓄電池ＢＴ１からスターターモータ４へ電源供給可能となる。原動機３の始動後も、発電機２から第１蓄電池ＢＴ１に充電が可能となる。また、アイドリングストップ時は切替器５が開いた状態であり、アイドリングストップしている状態からエンジン再始動する際には、切替器５を閉じて第１蓄電池ＢＴ１からスターターモータ４への放電を可能とする。

第１電池監視回路１２は、第１蓄電池ＢＴ１の複数の電池セルそれぞれの電圧と、複数の電池セル近傍の温度とを周期的に検出する。第１電池監視回路１２は、検出した電圧と温度とを示す値を制御回路１１へ供給する。

制御回路１１は、例えばＣＰＵ（central processing unit）やＭＰＵ（micro processing unit）などのプロセッサとメモリとを備えている。制御回路１１は、電流検出器ＣＳ１で検出された電流の値と、第１電池監視回路１２で検出された電圧および温度の値とを用いて、第１蓄電池ＢＴ１のＳＯＣを演算する。第１蓄電池ＢＴ１のＳＯＣを算出する際に、電流検出器ＣＳ１で検出された電流の値を用いることにより、ＳＯＣの演算の精度を良くすることができる。また、制御回路１１はＰＴ１、ＰＴ２のモジュール電圧の検出も可能に構成されている。

制御回路１１は、図示しない車両ＥＣＵ(上位制御装置)からの制御信号や演算したＳＯＣに基づいて、第１電池監視回路１２と、第１スイッチ制御回路１４と、第１スイッチＳＷ１と、の動作を制御する。制御回路１１は、第１蓄電池ＢＴ１から電源が供給される。

第１スイッチ制御回路１４には第１蓄電池ＢＴ１から電源が供給されている。車両が駐車している間は、第１スイッチ制御回路１４は低消費電力モード（スタンバイ状態）で起動しているものとしてもよい。

次に、上記の電源装置１の動作について説明する。
車両が駐車しているときには、第１スイッチＳＷ１が開いた状態である。また、切替器５は開いた状態で、スターターモータ４は主回路から切り離されている。したがって、車両の駐車中するときには第１蓄電池ＢＴ１が第２正極端子ＰＴ２を介して補機６へ延びた主回路と電気的に接続し、第１蓄電池ＢＴ１から補機６へ電源が供給される。

車両の駐車している期間も、制御回路１１は、周期的に、電流検出器ＣＳ１および電池監視回路１２から、第１蓄電池ＢＴ１の電池セルの電圧および電流の値を取得し、第１蓄電池ＢＴ１のＳＯＣを演算する。なお、制御回路１１がＳＯＣを演算する周期は、車両が駆動している期間と車両が駐車している期間とで異なる周期であってもよい。車両が駐車している期間は、第１蓄電池ＢＴ１のＳＯＣの変化が小さいため、駆動時よりも長い周期でＳＯＣの演算を行ってもよい。

車両が駐車している状態が継続すると、第１蓄電池ＢＴ１の放電が進んだ状態となる。制御回路１１は、第１蓄電池ＢＴ１のＳＯＣの演算値に基づき、第１蓄電池ＢＴ１のＳＯＣ（又は電圧）が所定の始動電流性能を達成するための閾値（第１閾値）を満たすことができないと判断したときに、“ＳＯＣ低下”を示すアラームを上位制御装置へ通知する。

ＳＯＣ低下のアラームを通知した後、第１蓄電池ＢＴ１の放電がさらに進み、第１蓄電池ＢＴ１のＳＯＣ（又は電圧）が蓄電池装置１の冷間始動可能な下限値（第２閾値）に至った場合、制御回路１１は、“冷間始動不可”を示すアラームを上位制御装置へ通知する。
なお、上記第１閾値は、第１蓄電池ＢＴ１を正常動作させるための閾値とし、冷間始動が可能な第２閾値に対して余裕（マージン）をもった値である。

さらに車両が駐車している状態が継続し、第１蓄電池ＢＴ１の放電が進んだ場合、第１蓄電池ＢＴ１のＳＯＣの演算値に基づき、第１蓄電池ＢＴ１のＳＯＣ（又は電圧）が蓄電池装置１の始動可能な下限値（第３閾値）未満となると、制御回路１１は、電源装置１の故障を示す値を上位制御装置へ通知する。この場合、制御回路１１は、第１スイッチＳＷ１が開いた状態を維持し、第１蓄電池ＢＴ１から補機６へ電力供給が継続され、上位制御装置は原動機３が始動しないように制御する。

制御回路１１は、第１蓄電池ＢＴ１を充電するときには、リレー制御回路１４を制御して第１スイッチＳＷ１を閉じ、第１正極端子と第１蓄電池ＢＴ１の正極とを電気的に接続する。第１蓄電池ＢＴ１は、充電器（発電機２）から供給される電流により充電される。

第１蓄電池ＢＴ１を充電している間、制御回路１１は、第１電池監視回路１２から供給される電圧と温度の値と電流検出器ＣＳ１から供給される電流の値とから、第１蓄電池ＢＴ１が過充電とならないように制御する。すなわち、第１蓄電池ＢＴ１の充電が進み、第１蓄電池ＢＴ１を構成する電池セルのいずれかの電圧（又はＳＯＣ）が過充電状態（第１過充電閾値以上）まで高くなると、制御回路１１は、第１スイッチ制御回路１４により第１スイッチＳＷ１を開いて第１蓄電池ＢＴ１と第１正極端子ＰＴ１とを切り離す。なお、第１過充電閾値は、リチウムイオン電池が破裂発火に至る危険な状態となる前の電圧（又はＳＯＣ）であって、充電電流の供給を停止することにより、リチウムイオン電池の安全性を担保することが可能な値とする。

上記のように第１蓄電池ＢＴ１の充電制御を行うことにより、第１蓄電池ＢＴ１が過充電により危険な状態になることを回避することができる。また、第１蓄電池ＢＴ１が危険な状態に至る前に充電電流の供給を停止し、かつ、第２正極端子ＰＴ２から補機６や上位制御装置への電源を供給することが可能となるため、車両の制御を停止することなく電源装置１の安全性を担保することが可能となる。すなわち、本実施形態によれば、環境への影響を低減し、安全な電源装置を提供することができる。

さらに、第１蓄電池ＢＴ１および第２蓄電池ＢＴ２としてリチウムイオン蓄電池を用いた場合であっても、過充電状態に至ることを回避することが可能であり、安全性を担保した電源装置および車両を提供することができる。

次に、第２実施形態の電源装置および車両について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、上述の第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図２は、第２実施形態の電源装置１および車両の構成の一例を説明するための図である。
本実施形態の電源装置１は、上述の第１実施形態の電源装置１と同様の構成である。本実施形態では、第２正極端子ＰＴ２に、切替器５を介してスターターモータ４が接続している点で、上述の第１実施形態と異なっている。

すなわち、スターターモータ４への電源供給は切替器５を開閉することのみによって切り替えられる。すなわち、スターターモータ４への電源供給は、制御回路１１に関係なく上位制御装置で制御されることになる。

上記のように構成した場合であっても、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態によれば、環境への影響を低減し、安全な電源装置を提供することができる。

次に、第３実施形態の電源装置および車両について図面を参照して説明する。
図３は、第３実施形態の電源装置１および車両の構成の一例を説明するための図である。
本実施形態の電源装置１は、第２蓄電池ＢＴ２と、第２スイッチＳＷ２と、電流検出器ＣＳ２と、を更に備えている。電池管理装置１０は、第２電池監視回路１３と、第２リレー制御回路１５と、電源切替スイッチ１６−１，２，３，４、１７−１，２，３，４と、を更に備えている。

第２蓄電池ＢＴ２は、複数のリチウムイオン電池セル（図示せず）を含む組電池である。第２蓄電池ＢＴ２の正極は電池管理装置１０を介して電源装置１の第１正極端子ＰＴ１および第２正極端子ＰＴ２と電気的に接続している。第２蓄電池ＢＴ２の負極端子は電源装置１の負極端子ＭＴと電気的に接続している。

電流検出器ＣＳ２は、第２蓄電池ＢＴ２の負極と負極端子ＭＴとの間に挿入されている。電流検出器ＣＳ２は、第２蓄電池ＢＴ２の充電電流および放電電流を検出し、検出結果を電池管理装置１０へ供給する。

第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とは互いに並列に接続している。第１蓄電池ＢＴ１のエネルギー密度は、第２蓄電池ＢＴ２のエネルギー密度以上である。第１蓄電池ＢＴ１は、第２蓄電池ＢＴ２よりも長期間の低電流放電に適した特性を有していることが望ましい。第２蓄電池ＢＴ２は、第１蓄電池ＢＴ１よりも入出力密度が同等以上の電池セルで構成され、発電機２からの充電など大電流による充放電に適した特性を有していることが望ましい。第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とは、ＳＯＣに対する回路電圧（ＯＣＶ）が略等しくなるように構成されている。

第２スイッチＳＷ２は、第２蓄電池ＢＴ２の正極と、電源装置１の第１正極端子ＰＴ１および第２正極端子ＰＴ２との接続経路に介在し、第２蓄電池ＢＴ２と第１正極端子ＰＴ１および第２正極端子ＰＴ２とを電気的に接続又は遮断する。第２スイッチＳＷ２は、例えばノーマリオープンの切替手段であって、電磁式のリレーで構成してもよく、ＦＥＴ等の半導体スイッチで構成してもよい。なお、第２スイッチＳＷ２を自己保持型のリレーとすることで、第２スイッチＳＷ２における消費電力を低減することができる。第２スイッチＳＷ２の接続状態は、第２スイッチ制御回路１５により切替えられる。本構成によって、原動機始動後は、ノーマリオープンの切替手段である第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を閉じるために消費電力を必要とするが、駐車時には、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２は開いた状態となるため、励磁電力が不要となり、低消費電力化を実現でき、かつ、相対的に高エネルギー密度である第１蓄電池ＢＴ１から駐車時には低い電流で放電することが可能になる。

第２電池監視回路１３は、第２蓄電池ＢＴ２の複数の電池セルそれぞれの電圧と、複数の電池セル近傍の温度とを周期的に検出する。第２電池監視回路１３は、検出した電圧と温度との値を制御回路１１へ供給する。

電源切替スイッチ１６−１，２，３，４は、第１蓄電池ＢＴ１から第１スイッチ制御回路１４、第２スイッチ制御回路１５、および、制御回路１１への電源供給を切替える。電源切替スイッチ１６−１は、第１蓄電池ＢＴ１から、第１スイッチ制御回路１４、第２スイッチ制御回路１５、および、制御回路１１全てへの電源供給を切替える。電源切替スイッチ１６−２は、電源切替スイッチ１６−１と第１スイッチ制御回路１４との間に介在し、第１蓄電池ＢＴ１から第１スイッチ制御回路１４への電源供給を切替える。電源切替スイッチ１６−３は、電源切替スイッチ１６−１と第２スイッチ制御回路１５との間に介在し、第１蓄電池ＢＴ１から第２スイッチ制御回路１５への電源供給を切替える。電源切替スイッチ１６−４は、電源切替スイッチ１６−１と制御回路１１との間に介在し、第１蓄電池ＢＴ１から制御回路１１への電源供給を切替える。
電源切替スイッチ１７−１，２，３，４は、第２蓄電池ＢＴ２から第１スイッチ制御回路１４、第２スイッチ制御回路１５、および、制御回路１１への電源供給を切替える。電源切替スイッチ１７−１は、第１蓄電池ＢＴ２から、第１スイッチ制御回路１４、第２スイッチ制御回路１５、および、制御回路１１全てへの電源供給を切替える。電源切替スイッチ１７−２は、電源切替スイッチ１７−１と第１スイッチ制御回路１４との間に介在し、第２蓄電池ＢＴ２から第１スイッチ制御回路１４への電源供給を切替える。電源切替スイッチ１７−３は、電源切替スイッチ１７−１と第２スイッチ制御回路１５との間に介在し、第２蓄電池ＢＴ２から第２スイッチ制御回路１５への電源供給を切替える。電源切替スイッチ１７−４は、電源切替スイッチ１７−１と制御回路１１との間に介在し、第２蓄電池ＢＴ１から制御回路１１への電源供給を切替える。

電源切替スイッチ１６−１，２，３，４が導通しているときには、第１蓄電池ＢＴ１から第１スイッチ制御回路１４、第２スイッチ制御回路１５、および、制御回路１１に電源が供給される。電源切替スイッチ１７−１，２，３，４が導通しているときには、第２蓄電池ＢＴ２から第１スイッチ制御回路１４、第２スイッチ制御回路１５、および、制御回路１１に電源が供給される。

車両が駐車している期間は、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２が開いた状態である。長期駐車時には、第１蓄電池ＢＴの放電が進み、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２との電圧差（ＳＯＣ差）が拡大する。第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２との電圧差が拡大した状態で、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を閉じて第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とを並列に接続すると、電圧が高い第２蓄電池ＢＴ２から電圧が低い第１蓄電池ＢＴ１へ突入電流が流れ、経路にあるスイッチ（リレー）などの故障の原因となる。

これを回避するために、制御回路１１は、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２との電圧差（又はＳＯＣ差）が所定の閾値（差分上限値）以上にとなったときに、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を閉じて、第２蓄電池ＢＴ２から第１蓄電池ＢＴ１へ充電を行い、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２との電圧差（又はＳＯＣ差）を所定の閾値（許容差分値）未満とする。なお、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２の電圧差（又はＳＯＣ差）の許容差分値は、差分上限値よりも小さい値であって、前記、差分上限値は第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とを並列に接続した際に一方へ流れる電流により、故障などが生じない程度に十分小さな電圧（又はＳＯＣ）の差分値である。

上記のように車両の駐車中に第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２との電圧を均等化することにより、第１蓄電池ＢＴ１は充電されるため、車両が駐車中の電源装置１（第１蓄電池ＢＴ１）による放電時間を延長することができ、車両が始動するときに第２蓄電池ＢＴ１から第１蓄電池ＢＴ１へ突入電流が流れることを回避することができる。

また、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２閉じたときに第１蓄電池ＢＴ１への突入電流を抑えるために、イグニッションがオフからオンとなりスターターモータ４が原動機３を始動するとき、制御回路１１が、第２スイッチＳＷ２を閉じ、第１スイッチＳＷ１を開き、原動機３が始動後、発電機２による発電を開始した時点で、制御回路１１が、第１スイッチＳＷ１を閉じて、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とを並列接続にすることによる突入電流の発生を抑制も可能となる。同様に、制御回路１１が、第２スイッチＳＷ２を開き、第１スイッチＳＷ１を閉じ、原動機３が始動後、発電機２による発電を開始した時点で、制御回路１１が、第１スイッチＳＷ２を閉じて、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とを並列接続にすることによる突入電流の発生を抑制も可能となる。

車両が駐車している状態が継続すると、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２との両方の放電が進んだ状態となる。制御回路１１は、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とのＳＯＣの演算値（又は電圧）に基づき、第１蓄電池ＢＴ１のＳＯＣ（又は電圧）が電源装置１を正常動作させるための制御上の閾値（第１閾値）を下回ったときに、“ＳＯＣ低下”を示すアラームを上位制御装置へ通知する。“ＳＯＣ低下”を示すアラームを上位制御装置へ通知した後も第１蓄電池ＢＴ１から補機６への電力供給は継続される。

ＳＯＣ低下のアラームを通知した後、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２との放電がさらに進み、第１蓄電池ＢＴ１のＳＯＣ（又は電圧）が冷間始動可能な下限値（第２閾値）に至った場合、制御回路１１は、“冷間始動不可”を示すアラームを上位制御装置へ通知する。“冷間始動不可”を示すアラームを上位制御装置へ通知した後も第１蓄電池ＢＴ１から補機６への電力供給を継続する。

さらに車両が駐車している状態が継続し、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２との放電が進んだ場合、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とのＳＯＣの演算値に基づき、第１蓄電池ＢＴ１のＳＯＣ（又は電圧）が始動可能な下限値（第３閾値）未満となると、制御回路１１は、電源装置１の故障を示す値を上位制御装置へ通知する。この場合、制御回路１１は、継続して第１蓄電池ＢＴ１から補機６へ電力供給を行い、上位制御装置は原動機３が始動しないように制御する。なお、第１蓄電池ＢＴ１の放電下限ＳＯＣ（又は電圧）は第３閾値よりも小さい値である。

なお、上記第１閾値は、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とを並列接続した場合の始動性能に対する制御上の閾値とし、冷間始動が可能な第２閾値に対して余裕（マージン）をもった値である。
同様に上記第２閾値、第３閾値も、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とを並列接続した場合の始動性能を示す値である。

また、制御回路１１は、第１蓄電池ＢＴ１のＳＯＣ（又は電圧）第３閾値未満となった後は、第２スイッチＳＷ２は開いた状態を維持し、第２蓄電池ＢＴ２のＳＯＣ（又は電圧）を維持する。また、第１スイッチＳＷ１も開いた状態を維持する。

続いて、電源装置１を充電する際の動作について説明する。
例えば車両が駐車している際に電源装置１を充電するときについて説明する。車両が駐車しているときには、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２が開いた状態である。

電源装置１が充電される際には、充電器（図示せず）が第１正極端子ＰＴ１に接続される。このとき、制御回路１１は、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２とを個々に切替えて、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とに選択的に充電を行うことが可能であり、充電状態が低い蓄電池を優先的に充電することができる。

電源装置１が充電されている間、制御回路１１は、第１電池監視回路１２から供給される電圧の値と電流検出器ＣＳ１から供給される電流の値とから、第１蓄電池ＢＴ１が過充電とならないように制御する。また、制御回路１１は、第２電池監視回路１３から供給される電圧の値と電流検出器ＣＳ２から供給される電流の値とから、第２蓄電池ＢＴ２が過充電とならないように制御する。

外部から接続された充電器から過大な電圧がかかるような、車両としての充電制御が成されない場合においては、第１蓄電池ＢＴ１を構成する電池セルの電圧が高くなり過充電によって危険な状況に陥る可能性が発生するだけでなく、第１蓄電池ＢＴ１を電源として用いる制御回路１１やスイッチ制御回路１４が正常に動作しない可能性がある。そこで、本実施形態では、上記のような、過大な電圧がかかるような場合において、制御回路１１は、第１蓄電池ＢＴ１を電源として使用せず、第２蓄電池ＢＴ２を電源として第１スイッチ制御回路１４を起動し、第１スイッチ制御回路１４の確実な動作を担保する。

すなわち、第１蓄電池ＢＴ１の電圧が所定の閾値（第２過充電閾値）を超えたとき、あるいは、第１蓄電池ＢＴ１を構成する複数の電池セルのいずれかの電圧（又はＳＯＣ）が所定の閾値（第２過充電閾値）を超えたときに、第１スイッチＳＷ１の開閉を制御する第１スイッチ制御回路１４が第２蓄電池ＢＴ２を電源として起動する。すなわち、制御回路１１は、電源切替スイッチ１７−１，２，３，４と、電源切替スイッチ１６−１，２，３，４を操作することで、第１蓄電池ＢＴ１からスイッチ制御回路１４への電源供給を止め、第２蓄電池ＢＴ２からスイッチ制御回路１４に電源を供給し、スイッチ制御回路１４を起動する。

また第１蓄電池ＢＴ１の充電が進み、第１蓄電池ＢＴ１を構成する電池セルのいずれかの電圧（又はＳＯＣ）が過充電状態（第１過充電閾値以上）まで高くなると、制御回路１１は、第１スイッチ制御回路１４により第１スイッチＳＷ１を開いて第１蓄電池ＢＴ１と第１正極端子ＰＴ１とを切り離す。なお、第２過充電閾値は第１過充電閾値よりも小さい値でも良く、大きい値でも良い。

上記のように電源装置１の充電制御を行うことにより、第１蓄電池ＢＴ１の電圧異常を検出し、過充電による不安全な事態を回避可能とし、第２蓄電池ＢＴ２から第１スイッチ制御回路１４へ安定した電力を供給することにより、第１スイッチ制御回路１４は第１スイッチＳＷ１の制御を確実に実施することができるため、確実に第１蓄電池ＢＴ１の過充電を回避することができる。すなわち、本実施形態の電源装置１によれば、第１蓄電池ＢＴ１の過充電を回避するとともに、補機６および上位制御装置への電源供給を継続することができ、スターターモータ４により車両を始動することも可能となる。

制御回路１１は、第２蓄電池ＢＴ２についても上記第１蓄電池ＢＴ１と同様に充電を行う。したがって、本実施形態の電源装置１によれば、第２蓄電池ＢＴ２の過充電を回避するとともに、補機６および上位制御装置への電源供給を継続することができ、スターターモータ４により車両を始動することも可能となる。

上記のように、本実施形態によれば、鉛などの使用禁止材料を用いることなく、環境への影響を低減し、安全な電源装置および車両を提供することができる。

また、車両が長期間の駐車している時に、微少電流であるが補機６に電源を供給する必要があるが、本実施形態の電源装置１によれば、第１蓄電池ＢＴ１および第２蓄電池ＢＴ２の電池セルの状態を監視する電池監視回路１２、１３、および、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２の動作を制御するスイッチ制御回路１４、１５の低消費電力化を実現し、車両の駐車時における消費電流を低く抑えることができる。

また、本実施形態の電源装置１によれば、第１蓄電池ＢＴ１および第２蓄電池ＢＴ２を並列接続する構成としているが、第１蓄電池ＢＴ１および第２蓄電池ＢＴ２のＳＯＣ（又は電圧）を均等化することにより、電圧が低い電源への突入電流を回避することができる。長期間の駐車においても、補機６への電力供給が可能となる。

次に、第４実施形態の電源装置および車両について図面を参照して説明する。
図４は、第４実施形態の電源装置１および車両の構成の一例を説明するための図である。
本実施形態の電源装置１は、上述の第３実施形態の電源装置１と同様の構成である。本実施形態では、第２正極端子ＰＴ２に、切替器５を介してスターターモータ４が接続している点で、上述の第３実施形態と異なっている。

すなわち、スターターモータ４への電源供給は切替器５を開閉することのみによって切り替えられる。すなわち、スターターモータ４への電源供給は、制御回路１１に関係なく上位制御装置で制御されることになる。

上記のように構成した場合であっても、上述の第３実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態によれば、環境への影響を低減し、安全な電源装置および車両を提供することができる。

次に、第５実施形態の電源装置および車両について図面を参照して説明する。
図５は、第５実施形態の電源装置１および車両の構成の一例を説明するための図である。
本実施形態の電源装置１は、第２スイッチＳＷ２の配置位置が上述の第３実施形態と異なっている。本実施形態の電源装置１では、第１蓄電池ＢＴ１の正極は第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を介して第１正極端子ＰＴ１と電気的に接続可能に構成されている。第２蓄電池ＢＴ２の正極は、第２スイッチＳＷ２を介して第１正極端子ＰＴ１と電気的に接続可能に構成され、第１スイッチＳＷ１を介して第２正極端子ＰＴ２と接続可能に構成されている。

本実施形態の電池装置１において、制御回路１１は、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２との両方を閉じることで、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とを充電することが可能となる。また、制御装置１１は、第２スイッチＳＷ２を閉じて、第１スイッチＳＷ１を開いて、第２蓄電池ＢＴ２のみを充電することができる。制御装置１１は、第２スイッチＳＷ２を開くことにより、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２との両方を第１正極端子ＰＴ１と電気的に切り離すことができ、充電を受け入れない状態となる。

制御回路１１は、充電中に第２蓄電池ＢＴ２のＳＯＣ（又は電圧）が充電上限値となったときに、第２スイッチＳＷ２を開いて、第１スイッチＳＷ１を閉じた状態とし、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２とを並列に接続して、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２との間の電圧差（ＳＯＣ差）を解消させることができる。このことにより、第１蓄電池ＢＴ１と第２蓄電池ＢＴ２との過充電回避と、両電池の充電状態の均等化とを実現できる。

上記以外の点は、本実施形態の電源装置１および車両は上述の第３実施形態と同様の構成であって、上述の第３実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態によれば、環境への影響を低減し、安全な電源装置および車両を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…電源装置、２…発電機、３…原動機（エンジン）、４…スターターモータ、５…切替器、６…補機（負荷）、１０…電池管理装置（ＢＭＵ）、１１…制御回路、１２…第１電池監視回路（ＣＭＵ）、１３…第２電池監視回路（ＣＭＵ）、１４…第１スイッチ制御回路、１５…第２スイッチ制御回路、１６−１，２，３，４、１７−１，２，３，４…電源切替スイッチ、ＢＴ１…第１蓄電池、ＢＴ２…第２蓄電池、ＣＳ１、ＣＳ２…電流検出器、ＳＷ１…第１スイッチ、ＳＷ２…第２スイッチＰＴ１…第１正極端子、ＰＴ２…第２正極端子、ＭＴ…負極端子。

Claims (10)

1. 第１蓄電池と、
   前記第１蓄電池の正極と電気的に接続可能な第１正極端子と、
   前記第１蓄電池の正極と前記第１正極端子との電気的接続を切り換える第１スイッチと、
   前記第１蓄電池の正極と電気的に接続した第２正極端子と、
   前記第１蓄電池の負極と電気的に接続した負極端子と、
   前記第１スイッチの開閉を制御する電池管理装置と、
   第２蓄電池と、
   前記第２蓄電池の正極と前記第１正極端子および前記第２正極端子との電気的接続を切り換える第２スイッチと、を備え、
   前記第１蓄電池は複数の第１電池セルを含み、
   前記第２蓄電池は複数の第２電池セルを含み、
   前記電池管理装置は、複数の前記第１電池セルの電圧を検出して出力する第１電池監視回路と、複数の前記第２電池セルの電圧を検出して出力する第２電池監視回路と、前記第１スイッチを開閉する第１スイッチ制御回路と、前記第２スイッチを開閉する第２スイッチ制御回路と、前記第１電池セルの電圧および前記第２電池セルの電圧を受信し、前記第１電池監視回路、前記第２電池監視回路、前記第１スイッチ制御回路、および、前記第２スイッチ制御回路を制御する制御回路と、を備え、
   前記第１蓄電池のエネルギー密度は前記第２蓄電池のエネルギー密度以上であって、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチはノーマリオープンであって、
   前記制御回路は、複数の前記第１電池セルのいずれかの電圧が第２過充電閾値を超えたときに、前記第１スイッチ制御回路を前記第２蓄電池からの電源供給により起動する、電源装置。
2. 第１蓄電池と、
   前記第１蓄電池の正極と電気的に接続可能な第１正極端子と、
   前記第１蓄電池の正極と前記第１正極端子との電気的接続を切り換える第１スイッチと、
   前記第１蓄電池の正極と電気的に接続した第２正極端子と、
   前記第１蓄電池の負極と電気的に接続した負極端子と、
   前記第１スイッチの開閉を制御する電池管理装置と、
   第２蓄電池と、
   前記第２蓄電池の正極と前記第１正極端子との電気的接続、および、前記第１蓄電池の正極と前記第１正極端子との電気的接続を切り換える第２スイッチと、を備え、
   前記第１蓄電池は複数の第１電池セルを含み、
   前記第２蓄電池は複数の第２電池セルを含み、
   前記電池管理装置は、複数の前記第１電池セルの電圧を検出して出力する第１電池監視回路と、複数の前記第２電池セルの電圧を検出して出力する第２電池監視回路と、前記第１スイッチを開閉する第１スイッチ制御回路と、前記第２スイッチを開閉する第２スイッチ制御回路と、前記第１電池セルの電圧および前記第２電池セルの電圧を受信し、前記第１電池監視回路、前記第２電池監視回路、前記第１スイッチ制御回路、および、前記第２スイッチ制御回路を制御する制御回路と、を備え、
   前記第１蓄電池のエネルギー密度は前記第２蓄電池のエネルギー密度以上であって、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチはノーマリオープンであって、
   前記制御回路は、複数の前記第１電池セルのいずれかの電圧が第２過充電閾値を超えたときに、前記第１スイッチ制御回路を前記第２蓄電池からの電源供給により起動する、電源装置。
3. 前記制御回路は、複数の前記第１電池セルのいずれかの電圧が第１過充電閾値を超えたときに前記第１スイッチを開き、複数の前記第２電池セルのいずれかの電圧が第１過充電閾値を超えたときに、前記第２スイッチを開く請求項１または請求項２記載の電源装置。
4. 前記第１スイッチ制御回路と前記第２スイッチ制御回路とへ電力を供給する電源を、前記第１蓄電池と前記第２蓄電池とで切替える電源切替スイッチを更に備える、請求項１または請求項２記載の電源装置。
5. 前記制御回路は、前記第１蓄電池の電圧と前記第２蓄電池の電圧との差が差分上限値以上であるときに前記第２スイッチと前記第１スイッチとを閉じる請求項１記載の電源装置。
6. 前記制御回路は、前記第１蓄電池の電圧と前記第２蓄電池の電圧との差が差分上限値以上であるときに前記第１スイッチを閉じる請求項２記載の電源装置。
7. 前記第１スイッチおよび前記第２スイッチは、自己保持型のリレーである、請求項１または請求項２記載の電源装置。
8. 前記第１スイッチは、自己保持型のリレーである請求項１または請求項２記載の電源装置。
9. 前記第２正極端子は、端子カバーあるいは保護具によって覆われている請求項１または請求項２記載の電源装置。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の電源装置と、
    前記第１正極端子へ充電電流を供給する発電機と、
    前記第２正極端子から放電電流が供給される負荷と、を備えた車両。